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陶瓷材料烧结技术

时间:2021-10-28 15:49:57 编辑:小编 点击:

陶瓷材料以其优异的高强度、高硬度、耐高温、抗腐蚀、耐磨等性能,广泛应用于航空航天、电子、机械、生物医学等领域。烧结作为制备陶瓷材料*后一道工序,是决定其*终结构与性能的关键技术。目前,随着科技的发展,研究者对陶瓷烧结工艺进行了大量的探索与研究,发展了许多新型烧结技术。下面小编就陶瓷材料烧结技术进行简要先容。 

 


一、烧结概述 

烧结是一种利用热能使粉末坯体致密化的技术。其具体的定义是指多孔状陶瓷坯体在高温条件下,表面积减小、孔隙率降低、机械性能提高的致密化过程。 

 

1、烧结驱动力 

烧结的驱动力就是总界面能的减少。烧结驱动力作用下烧结过程中主要表现为陶瓷材料内部组织致密化、晶粒长大。 

2、烧结参数
    

    3、烧结影响因素 

烧结影响因素主要有:原始粉料的粒度、外加剂的作用、烧结温度和保温时间、盐类的选择以及煅烧条件、气氛的影响、成型压力的影响。 

 

二、陶瓷材料烧结方法 

陶瓷材料烧结方法分为:常规烧结、反应烧结、气氛压力烧结、热压烧结、热等静压烧结、微波烧结、放电等离子烧结及高温自蔓延烧结等。 

 

1、常规烧结 

常规烧结一般采用常规加热方式,在传统电炉中进行,是目前陶瓷材料生产中*常采用的烧结方法。 
    

 

2、反应烧结 

反应烧结仅局限于少量几个体系:氮化硅、氧氮化硅、碳化硅等。

 

反应烧结优点是:不需添加额外的添加物;产品的外形和尺寸基本不变,可以制得形状复杂尺寸**的制品;工艺简单、经济,适合大批量生产。 

缺点是:烧结坯密度低,材料力学性能不高。 

 

3、气氛压力烧结 

气氛压力烧结是采用专门的气氛压力烧结炉,在高温烧结过程中设定的时间段内施加一定压力的气氛,以满足部分特殊陶瓷材料的烧结要求。Si3N4有优异的综合性能,但在高温情况如不采用有效防护措施,Si3N4在烧结完成之前业已升华分解。*常用的方法是提高氮气气氛压力,例如氮化硅的气压烧结。 

 

气氛压力烧结主要应用于部分特殊陶瓷材料的烧结,如防分解。同时在保温阶段后期,一定压力的气氛对烧结体产生一个类似于热等静压过程的均向施压过程,有利于烧结材料性能的进一步提高。目前,国内绝大多数氮化硅制品采用气氛压力烧结。 

另外,一些氧化物制品特别是某些半导体陶瓷烧结时,气氛中的氧分压十分重要。 

 

4、热压烧结 

热压烧结是采用专门的热压机,在高温下单相或双相施压完成。温度与压力的交互作用使颗粒的粘性和塑性流动加强,有利于坯件的致密化,可获得几乎无孔隙的制品,因此热压烧结也被称为“全致密工艺”。 

 

热压烧结优点是:制备的陶瓷材料致密度高,同时烧结时间短,温度低,晶粒长大受到抑制,产品性能得到提高。 

 

缺点是:应用范围有限,只能制造形状简单的制品,同时热压烧结后微观结构具有各向异性,导致使用性能也具有各向异性,限制了其使用范围。此外,由于硬度高,热压制品的后续加工特别困难。 

 

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